陳國(guó)華，陳昌彥，朱國(guó)祥，謝劍峰

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038)

廢棄礦山生態(tài)恢復(fù)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估方法探討

陳國(guó)華，陳昌彥，朱國(guó)祥，謝劍峰

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038)

廢棄礦山一般地處地質(zhì)環(huán)境較復(fù)雜的山區(qū)，人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈，加之廢棄礦山植被恢復(fù)工程的特殊性，與常規(guī)建設(shè)工程的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估相比，其工作方法和內(nèi)容等都具有明顯的區(qū)別。本文以北京市房山區(qū)霞云嶺鄉(xiāng)廢棄礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估為實(shí)例，著重探討了此項(xiàng)評(píng)估技術(shù)的基本思路、方法和技術(shù)手段等內(nèi)容，以期為類(lèi)似工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估工作提供參考。

廢棄礦山;生態(tài)恢復(fù);地質(zhì)災(zāi)害;危險(xiǎn)性評(píng)估

0 引言

我國(guó)是一個(gè)采礦大國(guó)，然而礦山開(kāi)采在創(chuàng)造財(cái)富的同時(shí)，亦給礦區(qū)及周邊地區(qū)留下了一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，特別是一些廢棄礦區(qū)潛在的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，給礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理工作帶來(lái)了安全隱患。在廢棄礦山植被恢復(fù)工作開(kāi)展之前，對(duì)礦區(qū)及周邊地區(qū)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，可有效地降低地質(zhì)災(zāi)害對(duì)植被恢復(fù)工作可能造成的損害。廢棄礦山一般地處地質(zhì)環(huán)境較復(fù)雜的區(qū)域，人類(lèi)工程活動(dòng)強(qiáng)烈，與常規(guī)的建設(shè)工程的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估工作方法、內(nèi)容等都具有明顯的特殊性和區(qū)別，本文將以北京市房山區(qū)霞云嶺鄉(xiāng)廢棄礦山為例，根據(jù)植被恢復(fù)工程的特點(diǎn)，著重介紹廢棄礦山生態(tài)修復(fù)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估的基本思路、方法及防治對(duì)策。

1 項(xiàng)目概況

霞云嶺鄉(xiāng)廢棄礦山生態(tài)恢復(fù)工程是北京市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重點(diǎn)工程，本次評(píng)估工作共涉及礦區(qū)13處，治理面積約35.75hm2，礦區(qū)類(lèi)型主要為露天的采石礦和地下開(kāi)采的煤礦。13處廢棄礦區(qū)均位于百花山～廟嶺復(fù)式向斜南翼，屬中高山中深切割地貌，海拔最高2046m，礦區(qū)出露的地層時(shí)代主要有奧陶系、石炭系和侏羅系，巖性巖相變化大。區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜，受人類(lèi)采石和開(kāi)挖煤礦影響嚴(yán)重(照片1、照片2)，容易產(chǎn)生崩塌(BT)、不穩(wěn)定斜坡(BP)、泥石流、采空塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。

照片1廢棄的采石礦Photo 1An abandoned quarry

照片2廢棄煤礦區(qū)Photo 2An abandoned coal mine

2 評(píng)估內(nèi)容與思路

本次評(píng)估工作的整體思路以國(guó)土資源部2004年頒布的第69號(hào)文件配套的《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求》(試行)［1］為基本原則和技術(shù)指導(dǎo)，通過(guò)對(duì)評(píng)估區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害的詳細(xì)調(diào)查和資料的綜合分析，查明評(píng)估范圍內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境條件及存在的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，評(píng)價(jià)地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性和植被恢復(fù)工程的適宜性，并提出地質(zhì)災(zāi)害防治措施與建議。根據(jù)評(píng)估工作的內(nèi)容，本次評(píng)估工作的基本思路和流程如圖1［2］。

圖1 評(píng)估工作流程圖Fig.1 Frame work of hazard assessment

3 評(píng)估范圍和重要性的確定

3.1 評(píng)估范圍確定方法

根據(jù)廢棄礦山植被恢復(fù)工程的特點(diǎn)，其重點(diǎn)是進(jìn)行植樹(shù)造林、植被恢復(fù)，固土、涵養(yǎng)生態(tài)等，工程建設(shè)的范圍主要位于采礦區(qū)內(nèi)，因此本項(xiàng)目評(píng)估范圍是以開(kāi)展生態(tài)恢復(fù)的廢棄礦區(qū)為主，再根據(jù)礦區(qū)周邊潛在的滑坡、崩塌、地面塌陷和地裂縫等災(zāi)害可能對(duì)生態(tài)恢復(fù)工程造成不利影響的情況適當(dāng)外延，而不是按照目前建設(shè)工程、線路工程等的要求擴(kuò)大其評(píng)估范圍;對(duì)于潛在泥石流溝谷，根據(jù)其上游物源區(qū)的分布以及開(kāi)采礦山的棄渣物質(zhì)的分布，按常規(guī)泥石流的評(píng)估方法確定其調(diào)查范圍;對(duì)于可能對(duì)生態(tài)恢復(fù)工程造成間接影響的區(qū)域，如現(xiàn)有采空區(qū)或未來(lái)可能進(jìn)一步發(fā)展的采空區(qū)引起的次生地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、崩塌的影響范圍等，也作為評(píng)估范圍的一部分。

3.2 重要性確定

建設(shè)項(xiàng)目重要性分類(lèi)是評(píng)估分級(jí)的一個(gè)重要依據(jù)，本次評(píng)估以社會(huì)環(huán)境影響和修復(fù)工程的可行性為主要指標(biāo)，以經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡為輔助指標(biāo)進(jìn)行植被恢復(fù)工程重要性的分類(lèi)，參照《地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求》(試行)對(duì)其重要性按照表1的三分法原則［3］，進(jìn)行建設(shè)項(xiàng)目重要性劃分。

房山區(qū)植被生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目屬于北京市生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重點(diǎn)工程，目的是通過(guò)工程或生物手段讓廢棄礦山脆弱的生態(tài)得到恢復(fù)，涵養(yǎng)水源，減少揚(yáng)塵，減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，提高區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，有效改善北京市的生態(tài)環(huán)境，因此工程符合表1中“有特殊政治和社會(huì)意義”一項(xiàng)，確定其為重要建設(shè)項(xiàng)目。

表1 建設(shè)項(xiàng)目重要性分類(lèi)表Table 1 Importance classification of constr uction projects

4 地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查工作方法

搜集既有資料、開(kāi)展詳細(xì)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)測(cè)繪和地質(zhì)災(zāi)害專(zhuān)項(xiàng)調(diào)查是植被恢復(fù)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估的主要工作方法，通過(guò)分析資料，結(jié)合野外調(diào)查，進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害識(shí)別和穩(wěn)定性初判。

4.1 野外調(diào)查重點(diǎn)

根據(jù)礦區(qū)開(kāi)采類(lèi)型、災(zāi)害類(lèi)型以及災(zāi)害的分布和發(fā)育特征，將評(píng)估區(qū)劃分為開(kāi)采創(chuàng)面、棄渣坡、開(kāi)采平臺(tái)和采石坑四個(gè)工程單元，根據(jù)不同單元可能存在的工程地質(zhì)問(wèn)題和主要的地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型開(kāi)展針對(duì)性的野外地質(zhì)調(diào)查。開(kāi)采創(chuàng)面和棄渣坡通常是地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)育的區(qū)域，是野外調(diào)查的重點(diǎn)，而采石坑具有負(fù)地形特征，在修復(fù)過(guò)程中多被填埋，可降低地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性及危害，一般只做簡(jiǎn)單的調(diào)查和測(cè)繪，對(duì)影響較大的地質(zhì)災(zāi)害，則應(yīng)做有針對(duì)性地調(diào)查。4.1.1開(kāi)采創(chuàng)面

開(kāi)采創(chuàng)面是崩塌地質(zhì)災(zāi)害的主要發(fā)育區(qū)，調(diào)查的主要內(nèi)容包括:創(chuàng)面位置、規(guī)模、坡度、傾向、走向;巖層產(chǎn)狀;節(jié)理和裂隙發(fā)育情況、產(chǎn)狀和張開(kāi)寬度;創(chuàng)面的開(kāi)采方式(順層、斜交等)、是否分布浮石、浮石的大小、分布位置以及創(chuàng)面或創(chuàng)面頂部植被發(fā)育情況。通過(guò)調(diào)查和測(cè)繪，初步判斷開(kāi)采創(chuàng)面產(chǎn)生巖石崩落、掉塊的可能性、位置、規(guī)模、影響范圍及整體穩(wěn)定性。4.1.2棄渣坡

棄渣坡是開(kāi)采礦石廢料堆積形成的碎石土邊坡，是潛在不穩(wěn)定邊坡、滑坡集中發(fā)育的區(qū)域，也是次生災(zāi)害(泥石流)易發(fā)區(qū)。其調(diào)查指標(biāo)主要包括:棄渣坡的微地貌單元、堆積位置;坡向、坡度、坡高、坡頂和坡底的寬度;坡體堆積物特征(厚度、粒徑大小)及植被發(fā)育情況等，并對(duì)其穩(wěn)定性、危害對(duì)象以及是否引發(fā)次生災(zāi)害作出判識(shí)。

4.1.3 開(kāi)采平臺(tái)和采石坑

開(kāi)采平臺(tái)和采石坑屬于地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育區(qū)，在植被恢復(fù)中主要涉及水土保持工作或場(chǎng)地平整、填挖方工程，但從后期設(shè)計(jì)、治理的角度考慮，應(yīng)對(duì)平臺(tái)的尺寸、棄渣堆積情況以及采石坑深度、坑底面積、坑頂面積等指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和測(cè)繪。對(duì)發(fā)育有影響較嚴(yán)重的崩塌體的采石坑，應(yīng)根據(jù)4.1.1的調(diào)查方法進(jìn)行針對(duì)性調(diào)查。

4.1.4 煤礦開(kāi)采區(qū)

霞云嶺鄉(xiāng)煤礦多為地下開(kāi)采，形成了許多采空區(qū)，從而可能誘發(fā)地面塌陷(開(kāi)裂)。調(diào)查指標(biāo)應(yīng)包括:礦山開(kāi)采的基本情況、巷道開(kāi)采的程度、開(kāi)采層數(shù)、開(kāi)采方向、采區(qū)的大小與分布等資料;區(qū)域地層產(chǎn)狀、發(fā)生塌陷的歷史情況，初步確定地表移動(dòng)盆地的范圍;對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)地面變形或塌陷的，應(yīng)當(dāng)調(diào)查其變形的范圍、程度、誘發(fā)因素、已造成的損失和已采用的防治措施。另外，野外調(diào)查中還應(yīng)對(duì)地面塌陷發(fā)展階段、發(fā)展趨勢(shì)、植被恢復(fù)工程施工期間的危險(xiǎn)性及采取的措施作出初步的判斷。

4.2 技術(shù)手段

野外調(diào)查主要采用地質(zhì)測(cè)繪和野外定性判定相結(jié)合的手段。在實(shí)際調(diào)查中，利用羅盤(pán)、皮尺等簡(jiǎn)易的測(cè)量工具，并采用GPS和影像等手段，對(duì)開(kāi)采創(chuàng)面、平臺(tái)、棄渣坡和采石坑的基本特征和地質(zhì)災(zāi)害體的形態(tài)、規(guī)模、分布及變形特征等進(jìn)行定位、量測(cè)，對(duì)典型災(zāi)害體開(kāi)展專(zhuān)業(yè)的測(cè)繪工作和必要的工程勘探、試驗(yàn)工作，據(jù)此進(jìn)行綜合的定量評(píng)估，為治理工作提供必要技術(shù)依據(jù)。

5 地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估

現(xiàn)狀評(píng)估、預(yù)測(cè)評(píng)估和綜合評(píng)估是地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估工作的中心環(huán)節(jié)，三項(xiàng)評(píng)估在內(nèi)容上既相互聯(lián)系又各有側(cè)重，在認(rèn)識(shí)上是一個(gè)從已知到未知，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從具體到綜合的過(guò)程。

5.1 現(xiàn)狀評(píng)估

現(xiàn)狀評(píng)估的重點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)有災(zāi)害進(jìn)行分析和評(píng)述，內(nèi)容包括①災(zāi)害發(fā)育類(lèi)型、穩(wěn)定性的影響和控制因素;②重點(diǎn)剖析有代表性的災(zāi)害點(diǎn)，分析其規(guī)模、分布規(guī)律、發(fā)育特征、成因等;③各種地質(zhì)災(zāi)害(點(diǎn))歷史危害情況、現(xiàn)狀活動(dòng)特征，并對(duì)穩(wěn)定性做初步判識(shí)［4］。一般以野外定性判斷為主，對(duì)規(guī)模大、危害嚴(yán)重的崩塌體結(jié)合赤平投影法、不穩(wěn)定邊坡輔以傳遞系數(shù)法或圓弧滑動(dòng)法計(jì)算其穩(wěn)定性，進(jìn)行綜合判定。以10#地塊崩塌體為例，評(píng)估結(jié)果如下(其余評(píng)估結(jié)果參見(jiàn)表3)。

10 #地塊的崩塌體系人工采石形成，崩塌所在坡面高約25m，寬約85m，坡角80°左右，坡面傾向220°;巖性以大理巖為主，中等風(fēng)化，巖體破碎－較破碎，發(fā)育有四組節(jié)理(表2);后緣局部有張開(kāi)裂隙，長(zhǎng)0.3～1m不等，寬1～10cm，泥質(zhì)混碎石充填;崩塌體無(wú)直接危害對(duì)象。野外判識(shí)該崩塌處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)赤平投影分析結(jié)果(圖2)，第1組與第3組、第4組節(jié)理面以及第3組與第4組節(jié)理面的交線傾向坡外，傾角小于或接近自然坡面坡角，致使該坡體規(guī)模不等的結(jié)構(gòu)塊體處于潛在不穩(wěn)定狀態(tài)，潛在崩塌方向230°～240°左右。綜合判定該崩塌現(xiàn)狀危險(xiǎn)性為中等。

表2 巖體節(jié)理及巖層產(chǎn)狀一覽表Table 2 Decarrence of joints and rocks

表3 霞云嶺3#和10#廢棄礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果Table 3 Results of geological hazard risk assessment for abandoned mines at No.3 and No.10 mines in Xiayunling

圖2 崩塌體穩(wěn)定性分析圖Fig.2 Analysis chart of stability for rock fall

5.2 預(yù)測(cè)評(píng)估

預(yù)測(cè)評(píng)估是在分析項(xiàng)目工程特性的基礎(chǔ)上，疊加擬建工程影響，分析、預(yù)測(cè)擬建工程可能遭受地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性。本項(xiàng)目典型的工程特性為:①在項(xiàng)目實(shí)施中，將在廢棄礦山內(nèi)采取清除危險(xiǎn)浮石、植被固化松散堆積他體(物)等防治水土流失的生物和工程措施，這對(duì)于現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展將產(chǎn)生有利的影響，可減緩地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生;②上部荷載加載量較小，且不會(huì)進(jìn)行大規(guī)模邊坡的開(kāi)挖，誘發(fā)災(zāi)害發(fā)生的可能性小。以該鄉(xiāng)3#和10#廢棄礦區(qū)為例，評(píng)估結(jié)果(表3)。

5.3 綜合評(píng)估

3 #礦區(qū)主要受泥石流影響，且危害較大，治理存在一定困難，綜合評(píng)定場(chǎng)地危險(xiǎn)性等級(jí)為大級(jí)，適宜性差;10#礦區(qū)雖受不穩(wěn)定邊坡和崩塌影響，但治理中可基本消除兩者的危害，因此綜合評(píng)定場(chǎng)地危險(xiǎn)性等級(jí)為中級(jí)，基本適宜。

5.4 防治建議

考慮到廢棄礦山生態(tài)恢復(fù)工程受地理?xiàng)l件、投資規(guī)模和工程性質(zhì)限制，防治措施建議應(yīng)滿足技術(shù)上可行、工程上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的原則，以防為主，因地制宜，故一般對(duì)規(guī)模大、危害嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害建議采取專(zhuān)項(xiàng)的治理工作，而對(duì)危害較小的地質(zhì)災(zāi)害建議與綠化工程結(jié)合，采取簡(jiǎn)易防護(hù)措施即可。工程措施一般為坡腳支擋、坡面加固、地表排水等。另外，針對(duì)工程施工階段，建議施工人員應(yīng)根據(jù)評(píng)估結(jié)果實(shí)時(shí)觀察災(zāi)害的發(fā)展情況，有效做到自我保護(hù)，避免突發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害造成人員傷亡及其他經(jīng)濟(jì)損失。

5.4.1 崩塌

10 #地塊崩塌以碎塊石崩落為主，建議施工前對(duì)開(kāi)采創(chuàng)面的浮石和危巖體進(jìn)行清除，保證施工人員和設(shè)備的安全，同時(shí)建議在距離開(kāi)采創(chuàng)面坡腳3m處，就地取材，修建擋渣墻，確保項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)期安全。

5.4.2 邊坡

危險(xiǎn)性小的邊坡，建議以生物防治措施為主;對(duì)于10#地塊兩處危險(xiǎn)性中等的邊坡，建議放緩邊坡坡度，坡腳處修建干砌石擋渣墻，同時(shí)結(jié)合生物防治措施進(jìn)行坡面防護(hù)。

5.4.3 泥石流

盡可能清除沖溝內(nèi)的棄渣，對(duì)清理工作量大的棄渣堆，建議在坡腳處修建漿砌石擋渣墻;沖溝內(nèi)需修建排水溝，保證溝內(nèi)排水通暢，避免夏季雨后作業(yè)。

5.4.4 采空塌陷

禁止在采空塌陷區(qū)及其附近區(qū)域采用大型機(jī)械作業(yè)和大面積的灌溉，同時(shí)減少上部荷載加載量。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)廢棄礦山生態(tài)恢復(fù)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估工作是一項(xiàng)難度相對(duì)較大，操作性、實(shí)用性強(qiáng)的評(píng)估工作，其目的是調(diào)查和評(píng)估廢棄礦區(qū)內(nèi)存在的地質(zhì)災(zāi)害及其危險(xiǎn)性，并提處相應(yīng)的防治措施和建議，從而使地質(zhì)災(zāi)害防治和生態(tài)恢復(fù)有機(jī)地結(jié)合，為提高生態(tài)恢復(fù)工程前期規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程實(shí)施以及后期運(yùn)營(yíng)提供重要的技術(shù)依據(jù)和參考，確保了植被恢復(fù)工程整體的安全性。

(2)在目前情況下，本類(lèi)工程地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估工作的工作思路、方法、內(nèi)容和深度等尚無(wú)規(guī)范可依，也無(wú)完善的理論參考，仍需要在實(shí)踐中逐步探索和完善。

(3)鑒于礦山地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，本文就地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性的評(píng)估思路、方法和技術(shù)手段等進(jìn)行初步探討，希望更多的同行參與此項(xiàng)工作，共同推進(jìn)礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)的提高。

［1］國(guó)土資源部.地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求［R］.2004.

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Abstract:Abandoned mines was located on mountainous area，the background geologic conditions were complex and human engineering activities were very intensive.Moreover，there was specificity to ecological restoration of abandoned mines，therefore the method and contents of geological hazard risk assessment were visibly different from conventional engineering.This paper mainly discussed on the basic ideas，method and techniques of the assessment from the examples of the Xiayunling abandoned mine geological hazard assessment in Beijing and probes into methods and technical problem of geo－h(huán)azards assessment of similar project.

Key words:abandoned mine;ecological restoration;geological hazard;risk assessment

Geological hazard assessment for ecological restoration of abandoned mines

CHEN Guo－h(huán)ua，CHEN Chang－yan，ZHU Guo－xiang，XIE Jian－feng
(BGI Engineering Consultants LTD，Beijing100038，China)

1003－8035(2010)03－0113－05

P642.2;TD88

A

2010－04－27;

2010－05－21

國(guó)家科技部“十一五”科技支撐項(xiàng)目(2006BAJ06B02)

陳國(guó)華(1980—)，女，碩士，主要從事地質(zhì)工程及防災(zāi)減災(zāi)方面的生產(chǎn)及科研工作。

E－mail:guohua_c@163.com